Учени от университета в Токио поставиха истинска кожа върху хуманоиден робот по иновативен метод и го накараха да се усмихне

Колко „истински“ могат да бъдат хуманоидните роботи? Част от отговора на този и технологичен, и етичен въпрос откриваме в разработката на екип учени от университета в Токио, ръководен от проф. Шоджи Такеучи, който създава нов метод за прикрепяне на „жива“ кожа върху механична повърхност – в случая лице. Те успяват да прикрепят биологичната тъкан, култивирана от човешки клетки, върху изкуствена структура, използвайки „анкерни връзки“ насочени навътре, симулирайки естествения начин на свързване на кожата с вътрешната тъкан. По този начин повърхността остава гладка, близка до естествения човешки вид. Очаква се този научен пробив да допринесе за развоя на роботи с биологични функции, както и да окаже влияние на сектори в медицината, фармацията и козметиката. Нека видим обаче какво точно представлява това „естествено изкуствено лице“ от инженерна гледна точка.

Публикувана официално в Cell Reports Physical Science на 26 юни 2024 г., разработката на учените от Токийския университет поставя нов поглед върху развитието на биохибридните роботи. Новият метод за свързване на жива тъкан с неорганична повърхност позволява триизмерно движение невиждано до сега. И така роботизараното лице се изкривява в усмивка – била тя и малко зловеща.

До този момент хуманоидните роботи са покривани със силиконов каучук, имитиращ меката човешка кожа. Това покритие обаче твърде много се отдалечава от реалните човешки възможности, тъй като липсва самовъзстановяване, сензитивност и отделяне на топлина (изпотяване). Това кара изследователската група да разработи първоначално роботизирани пръсти и други субекти, покрити с жива тъкан, култивирана от кожни клетки. Как обаче тя да се прикрепи едновременно стабилно и плавно върху изкуствената основа, така че да се създаде гладка повърхност?

При предишни експерименти кожата е захващана към основата чрез изпъкнали връзки – анкери или куки, които обаче закачат само крайните точки на тъканта и по този начин създават неравна повърхност, която не може да се движи плавно поради риск от разкъсване. Вдъхновението за решаване на проблема идва от човешкия организъм. При хората в подкожната тъкан има мрежеста фиброзна структура от влакна на основата на колаген, наречена кожен лигамент, която свързва кожата с фасциите и костите. Именно тази тъкан помага за предаването на мускулното движение към кожата – особено на лицето, допринасяйки за формирането на гладки изражения на лицето от лицевите мускули.

Ето защо учените създават анкерна структура, фиксирана във V-образни отвори, върху които е нанесен разтвор, съдържащ дермални клетки. След това кожната тъкан се желира и втвърдява в отворите, свързвайки тялото на робота и култивираната кожа – точно както биха направили човешките кожни връзки. Така изградената лицева матрица е способна на движение, което се предава чрез анкерите – така преместването на тези адхезивни връзки кара ъглите на устата на робота да се повдигат в безпогрешна, макар и зловеща, усмивка.

За да се увеличи разнообразието от изражения на робота, броят на отворите по лицето му трябва да се увеличи. Колкото по-малки като размер са те обаче, толкова по-трудно е разтворът да проникне и да се залепи правилно – и това е следващото предизвикателство, което екипът трябва да преодолее.

Проф. Шоджи Такеучи е пионер в областта на биохибридната роботика, където се срещат биологията и машиностроенето. Досега неговата лаборатория Biohybrid Systems Laboratory е създала мини роботи, които ходят, използвайки биологична мускулна тъкан, 3D-принтирано месо, отгледано в лаборатория, инженерна кожа, която може да лекува, и други. „Манипулирането на меки, влажни биологични тъкани по време на разработката е много по-трудно, отколкото хората извън нашата област биха си помислили. Например, ако не се поддържа стерилност, бактериите могат да проникнат и тъканта ще умре. Сега обаче, когато можем да правим това, „живата“ кожа може да донесе редица нови способности на роботите“, казва проф. Такеучи. „Самолечението е от голямо значение – някои материали на химическа основа могат да бъдат направени така, че да се самолекуват, но за целта са нужни външни фактори като топлина, налягане и други. Също така те не се размножават като клетките. Култивираната кожа може да „поправя“ малки разкъсвания, както прави нашата истинска кожа, а нерви и други кожни органи могат да бъдат добавени за използване в сензорни процеси и т.н.“, коментира още той.

Изследването му обаче не е самоцелно. Напротив – целта е то да се прилага в медицински изследвания – такива за стареенето на кожата, хирургични процедури, разработката на лекарства и др.

„В това проучване успяхме да възпроизведем човешкия външен вид до известна степен, като създадохме лице със същия повърхностен материал и структура като при хората“, казва Такеучи. „Освен това идентифицирахме нови предизвикателства в областта – например необходимостта от повърхностни бръчки и по-дебел епидермис, за да се постигне по-реалистичен вид. Вярваме, че създаването на по-дебела и по-реалистична кожа може да се реализира чрез включване на потни жлези, мастни жлези, пори, кръвоносни съдове, мазнини и нерви. Разбира се, движението също е решаващ фактор, така че следващият етап е създаването на човекоподобни изражения чрез интегриране на сложни задвижващи механизми или мускули вътре в робота. Създаването на роботи, които могат да се самолекуват, да усещат средата си по-точно и да изпълняват задачи с човешка сръчност, е невероятно мотивиращо“, обяснява още професорът по повод проекта.

При някои хора обаче прекалено реалистичният робот създава усещане за отвращение, страх и погнуса – повече за ефекта Uncanny Valley, разглеждан от друг японец – проф. Масахиро Мори, вижте ТУК.

По текста работи: Весела Даскалова

Подготвихме материал с помощта на информация от: www.sciencedaily.com, www.asahi.com, Science Japan (sj.jst.go.jp) и др.

Източник на снимковия материал: Cell Reports Physical Science, ©Engineer BG via Canva